有机化合物燃料电池

有机物直接作为燃料电池的燃料,在工艺上可以省去氢气制造与精制的过程,另外由于气体燃料改为液体燃料大大缩小了电池体积,有利于实用化。

到目前为止第一代到第三代燃料电池其本质都是H2-O2燃料电池。现在广泛使用的有机物甲醇、天然气、石油、煤等也都要设法把它变成氢或氢和一氧化碳的混合物后再供燃料电池使用。

有机物的阳极氧化有机物都可以被氧化。在缓和的条件与氧或氧化剂作用而失去电子,并伴随化学反应生成有机氧化物;在剧烈的条件下与氧作用,并伴随化学反应的同时能发生光和热,即所谓燃烧;有机物的阳极氧化是有机物在电解槽的阳极上发生电解反应,失去电子的氧化反应。人们利用有机物燃烧放出的热能建立火力发电厂;人们也可以利用有机物阳极氧化做成燃料电池向人们提供电能。1

有机物燃料电池研究表明:很多有机物可以在燃料电池的阳极氧化。与氧或空气组成有机物燃料电池。

有机物燃料电池省去了氢气制造与精制的过程,这在工艺上有重要意义,另外气体燃料改为液体燃料(有机燃料电池的有机物一般为液体),这将大大缩小燃料电池的体积。

1、烃类燃料电池

人们希望把天然气直接用作燃料电池的燃料,但其主要成分的甲烷等烃类在阳极上氧化十分困难。虽然把烃类直接作为燃料电池的燃料的研究已有10年以上的历史,但一直没有成功。从六十年代以来有关研究又活跃起来,对甲烷、乙烷、丙烷等低分子量饱和烃的阳极氧化进行了研究。出现了大量的研究报告,取得了进展和成果。

例如甲烷,它在较高的电位下可以在阳极上氧化,并且反应速度随温度升高而提高。在5N硫酸中,100℃时在白金电极上得到的氧化电流在电压。5VRHE(标准氢电位)下为100mAcm-2。与氧电极组成的燃料电池的输出电压为0.3~0.4V。其它低级饱和烃的情况与甲烷类似。这里使用的催化电极以白金为最优。除白金以外的其它贵金属作电极时活性降低。一般金属的活性就更低了。这也许是烃类燃料电池实用化的最大障碍。

2、甲醇燃料电池

与烃类相比,甲醇的阳极氧化要容易得多。甲醇在很多金属电极上均可氧化。

由于甲醇容易在阳极氧化,可以把甲醇直接供给燃料电池在阳极进行氧化反应。这种电池称为甲醇燃料电池。由于甲醇比氢容易贮藏和输送,甲醇是液体,氢是气体,因此体积大大缩小。另外在水溶液系统的燃料电池中,甲醇在水中的溶解度比氢和烃大得多。因此把甲醇作为燃料电池的直接燃料是有魅力的。如果使用烃系高分子电解质,则甲醇燃料电池运转温度在60℃以下具有良好的特性。这种燃料电池的输出功率虽不如以氢为燃料的燃料电池,但可以期待作为搬运车用的电源和小型轻便多用途的可移动电源。

3、其它有机物燃料电池

已经研究过的有机物燃料电池是很多的。并且对分子能较大的有机物燃料电池也作过很多研究。例如:丙醇、丁醇、乙二醇、葡萄糖等燃料电池。

其中乙二醇在酸性溶液中在白金电极上的阳极氧化与甲醇差不多。添加锅和锌催化活性可以提高。另外铅和铂也有效。其进行氧化反应的电位约0.5VRHE,电流为1mAcm-2以下。乙二醇在碱性溶液中的反应也很容易。添加铅和秘可使电极催化活性大大提高,在0.7VRHE附近可得到的最大电流值为100mAcm-2。所以乙二醇燃料电池也是有希望的。1

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李斌 - 副教授 - 西南大学